Kwartalnik
Polskiego
Towarzystwa
Biochemicznego
Polish
Biochemical
Society
Quarterly


Numer bieżący:
Postępy Biochemii
Nr 4/2016 (Tom 62)

Current number Biochemistry:
issue 4, 2016 (vol.62)



Następny numer: 1/2017 (Tom 63)
w przygotowaniu

Advances in Biochemistry:
issue 1, 2017 (vol.63)




Patologie kryształów makromolekularnych

Crystal pathologies in macromolecular crystallography

Zbigniew Dauter, Mariusz Jaskólski

 

Macromolecular Crystallography Laboratory, National Cancer Institute, Argonne National Laboratory, Argonne, USA

Macromolecular Crystallography Laboratory, National Cancer Institute, Argonne National Laboratory, Argonne, USA

 

Artykuł otrzymano 13 lutego 2016 r.
Artykuł zaakceptowano 22 marca 2016 r.

Received February 13, 2016
Accepted March 22, 2016

 

STRESZCZENIE Makromolekuły życia, białka i kwasy nukleinowe, tworzą kryształy o ogromnej zawartości wody, średnio ~50% objętości. Niezależnie od defektów fizycznych i trywialnego zagadnienia jakości, kryształy makromolekuł, podobnie jak wszelkie inne kryształy, wykazują różnorodne patologie, gdy wszystko wygląda na pozór normalnie, z wyjątkiem tego, że interpretacja struktury jest nadzwyczaj skomplikowana lub wręcz niemożliwa. Zaskakująco często występuje pseudosymetria (nazywana również symetrią niekrystalograficzną NCS), która jest szczególnie kłopotliwa, gdy ma charakter translacyjny. Translokacyjne defekty sieciowe, zwane również zbliźniaczeniem typu porządek-nieporządek (OD), mają miejsce, gdy prawidłowo uformowane warstwy molekularne układają się z charakterystycznym błędem translacyjnym w płaszczyźnie warstwy. Zbliźniaczenie kryształu występuje, gdy domeny tworzące kryształ mają różną orientację, niezwiązaną z symetrią struktury kryształu. Znane są również kryształy, których okresowość, czyli charakter sieciowy, jest zaburzona częściowo lub całkowicie. Gdy ścisły porządek translacyjny bliskiego zasięgu, od komórki do komórki, jest zaburzony, lecz periodyczność jest odzyskana dzięki okresowej modulacji tego zaburzenia, mamy do czynienia ze strukturą modulowaną. W kwazikryształach natomiast (jak dotąd nie napotkanych jeszcze w świecie makromolekuł biologicznych) okresowość w przestrzeni trójwymiarowej (3D) nie występuje w ogóle, a obrazu dyfrakcyjnego – który o dziwo jest dyskretny! – nie można wywskaźnikować przy użyciu trzech liczb całkowitych hkl. Znane są także inne zjawiska o charakterze patologii, takie jak wysoka mozaikowość, anizotropowa dyfrakcja, czy rozpraszanie dyfuzyjne, które bardzo utrudniają, a niekiedy uniemożliwiają poprawną interpretację obrazów dyfrakcyjnych.

ABSTRACT Macromolecules, such as proteins or nucleic acids, form crystals with a large volume fraction of water, ~50% on average. Apart from typical physical defects and rather trivial poor quality problems, macromolecular crystals, as essentially any crystals, can also suffer from several kinds of pathologies, in which everything seems to be perfect, except that from the structural point of view the interpretation may be very difficult, sometimes even impossible. A frequent nuisance is pseudosymmetry, or non-crystallographic symmetry (NCS), which is particularly nasty when it has translational character. Lattice-translocation defects, also called order-disorder twinning (OD-twinning), occur when molecules are packed regularly in layers but the layers are stacked (without rotation) in two (or more) discrete modes, with a unique translocation vector. Crystal twinning arises when twin domains have different orientations, incompatible with the symmetry of the crystal structure. There are also crystals in which the periodic (lattice) order is broken or absent altogether. When the strict short-range translational order from one unit cell to the next is lost but the long-range order is restored by a periodic modulation, we have a modulated crystal structure. In quasicrystals (not observed for macromolecules yet), the periodic order (in 3D space) is lost completely and the diffraction pattern (which is still discrete) cannot be even indexed using three hkl indices. In addition, there are other physical defects and phenomena (such as high mosaicity, diffraction anisotropy, diffuse scattering, etc.) which make diffraction data processing and structure solution difficult or even impossible.

Kwartalnik "Postępy Biochemii" jest wydawany z pomocą finansową Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Indeksowany w Medline i Agrolibrex.

"Postępy Biochemii" a quarterly published with financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Poland. Indexed in Medline and Agrolibrex.

Copyright © by Pawel Pomorski and Polish Biochemical Society 2009-2016